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多核体系结构中基于共享存储器与片上网络的通信技术研究
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【作 者】
金曦
【学位年度】
2012
【学位授予单位】
东北大学
【导师姓名】
邓庆绪
【 关键词 】
多核
通信
共享存储器
片上网络
实时系统
【摘 要】
随着集成电路制造技术的发展,越来越多的核能够被整合在单一芯片中。这种多核芯片能够为系统提供高的计算能力和低的能量消耗。目前多核技术已经在主流应用中起着重要的作用。随着多核系统的兴起,一些问题也亟待解决,其中之一便是多核体系结构中的通信问题。多核体系结构中核间的数据交换、同步机制等都需要通过通信来实现。如果通信技术无法满足核间通信的需求,即使芯片内集成的核数越来越多,系统的整体性能也将被通信性能所限制而无法被充分利用,所以通信技术的研究对多核系统的发展至关重要。目前多核体系结构中有两种主要的通信结...
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随着集成电路制造技术的发展,越来越多的核能够被整合在单一芯片中。这种多核芯片能够为系统提供高的计算能力和低的能量消耗。目前多核技术已经在主流应用中起着重要的作用。随着多核系统的兴起,一些问题也亟待解决,其中之一便是多核体系结构中的通信问题。多核体系结构中核间的数据交换、同步机制等都需要通过通信来实现。如果通信技术无法满足核间通信的需求,即使芯片内集成的核数越来越多,系统的整体性能也将被通信性能所限制而无法被充分利用,所以通信技术的研究对多核系统的发展至关重要。目前多核体系结构中有两种主要的通信结构:一种是基于共享存储器结构,由于可重构系统的体系结构灵活多变,能够更全面、深入的对多核系统中的通信技术进行研究,所以在基于共享存储器结构方面,本文基于可重构系统展开研究;另一种是基于片上互连的结构,片上互连结构包括交叉开关、总线、片上网络等,与其它片上互连结构相比,片上网络更适用于核数较多、通信量较大的系统,所以在片上互连方面,本文针对片上网络进行研究。本文基于以上两种通信结构,对多核系统中的通信效率和实时性问题进行了深入的研究。首先,在基于共享存储结构中,给出了两种新型的共享存储器通信的解决方案。其次,在基于片上互连结构方面,根据片上网络通信的特性,提出了提高通信效率和保证通信实时性的方法。具体来说,本文工作主要包含以下几个方面:(1)改进了ImpulseC中的共享存储器通信机制。ImpulseC是一种被广泛应用于可重构系统中,对软硬件进行协同设计的高级语言,该语言为软硬件通信提供了大量的通信机制,但这些通信机制的设计主要考虑的是通用性,并没有充分利用FPGA内的硬件资源。本文提出了一种改进的共享存储器通信结构,该结构使ImpulseC的共享存储器通信机制能够充分利用BRAM的双端口结构。实验结果表明改进的结构能有效的提高共享存储器的访问性能,进而提高系统整体的执行效率。(2)研究了可重构系统中软硬件任务的共享存储器通信方法。本文为可重构系统中的硬件任务引入了一种基于虚拟存储的通信机制,并提出了一种能够被硬件任务使用的类似于软件存储管理单元(MMU)的硬件模块。该硬件模块能够为硬件任务的通信带来方便。(3)研究了片内多核和片外存储器的通信性能。片内多核和片外存储器的通信效率较低,严重限制了系统的整体性能。本文在映射问题中考虑了片外存储器的通信效率问题,基于片上网络结构提出了一种存储器访问敏感的映射算法。该算法提高了SDRAM访问的并行性,从而提高了片外存储器的通信性能和系统整体的执行效率。实验结果表明与经典的片上网络映射算法相比,本文提出的映射算法能够显著提高存储器的利用率和系统的吞吐量。(4)研究了片上网络有环通信集的实时调度问题。本文针对有环的通信集提出了两种实时调度算法基于虚通道的实时调度(CS-VC)和基于时间隔离的实时调度(CS-TI)并给出了通信集用这两种算法可调度的充分条件。实验部分将CS-VC和CS-TI与目前最先进的能用于有环通信集的实时调度算法进行了比较,实验结果表明CS-VC和CS-TI有更高的接收率。(5)研究了片上网络端到端任务的截止期规划问题。本文对片上网络中端到端任务实时性问题进行了深入的研究,提出了三种用来确定子任务截止期的启发式算法。这些算法通过端到端任务的截止期规划,保证了端到端任务的实时性。实验部分将本文提出的三种算法与经典的比例截止期规划算法进行了比较,结果表明本文提出的三种算法能够更好的保证端到端任务的实时性。综上,本文研究了基于共享存储器通信方式和片上网络的高性能、实时的通信方法,为多核系统中的通信设计提供可参考的解决方案。
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【文献类型】
学位论文
【 JCR分区 】
工程技术:Q4
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